Etude de l'interface sol-structure dans les milieux granulaires à l'aide d'un nouvel appareil de cisaillement annulaire

Many civil engineering problems involve interaction between soil and structural elements. The load transfer takes place in a very thin zone of soil, called interface. A new apparatus, the ring simple shear apparatus, has been developed in order to investigate the behaviour of interface between a granular material and a steel structural element. In a first time, a detailed description of this new apparatus is presented. The principle of the test with the ring simple shear apparatus consists to shear the intern part of a ring soil sample by a steel cylinder in rotation. The end effects are reduced and the loss of material is nil. Normal stresses are directly measured at the interface with specifically designed cells. Then, monotonous test are described, performed with Hostun RF sand and Hostun 14-10 gravel samples. A synthesis underlines the main factors which affect the interface behaviour : initial radial external pressure, limit conditions, density of the sample and roughness of the structural element. A visualisation of the grain motion inside the interface has been performed with three studies : direct visualisation during test with 14-10 gravel, realisation of test with Schneebeli roll sample, with an adapted configuration of the apparatus and numerical simulation with a distinct element code, called LMGC. This approach, at a microscopic level, shows the fundamental role of the media micro structure in the formation of the interface, where grains undergo large displacements and rotation. At this end of this work, a synthesis of first cyclic tests is presented. The major part of the amplitude of shearing is analysed.De nombreux ouvrages de génie civil nécessitent une bonne connaissance du mode de transmission des efforts de la structure vers le sol. Ce transfert se fait à travers une fine couche de sol, appelée interface. Un nouvel appareil, l'appareil de cisaillement simple annulaire a été développé pour analyser le comportement d'interface entre un matériau granulaire et un élément de structure en acier. Dans un premier temps, nous proposons une description détaillée de ce nouvel appareil. Le principe de l'essai à l'appareil de cisaillement simple annulaire consiste à cisailler la partie interne d'un échantillon de sol annulaire par un cylindre métallique en rotation. Les effets de bord sont très réduits et la perte de matériau est nulle. Des capteurs de contrainte totale ont été développés pour permettre une mesure locale de la contrainte radiale au sein de l'interface. Ensuite, des essais sous sollicitation monotone sont présentés, réalisés sur des échantillons de sable d'Hostun RF et de gravier d'Hostun 14~10. Une synthèse met en évidence l'influence des différents paramètres contrôlant le comportement de l'interface : la pression radiale initiale de confinement, les conditions aux limites, l'état de compacité de l'échantillon et la rugosité de l'élément de structure. La visualisation du mouvement des grains au sein de la couche d'interface a été menée à partir des trois études : visualisation directe au cours d'essais sur le gravier 14-10, réalisation d'essais sur des rouleaux de Schneeball, avec une configuration adaptée de l'appareil et simulation numérique par éléments distincts avec le logiciel L.M.G.C. Cette approche, au niveau microscopique, met en exergue le rôle fondamental de la microstructure du milieu, dans la formation de la couche d'interface où les grains subissent de grands déplacements tangentiels et de fortes rotations. A la fin de ce mémoire est présentée une synthèse des premiers essais réalisés sous sollicitation cyclique. Le rôle primordial de l'amplitude de cisaillement a été mis en évidence